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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Messwertaufnehmer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Messewertaufnehmer mit einer Messzelle und einem Gehäuse, in dem die Messzelle aufgenommen ist, sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Solche Messwertaufnehmer weisen in der Regel ein Kunststoffgehäuse mit einer Messöffnung auf und sind dadurch elektrisch isoliert. Eine elektrische Isolation ist notwendig, da solche Messwertaufnehmer, wenn sie eine metallische Oberfläche aufweisen würden, im Befestigungsbereich zusammen mit einem Befestigungselement oder einem Behältnis, in dem sie angeordnet sind, bei der Messung von elektrolytisch wirkenden Füllmedien ein galvanisches Element bilden können und dadurch das unedlere Material, in den meisten Fällen ist das das Behältnis oder das Befestigungselement, als Opferanode zerfressen wird.
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Für Füllstandsmessanwendungen, beispielsweise in Seewasser, sind Messwertaufnehmer, insbesondere Drucksonden mit isolierenden, insbesondere aus Kunststoff gefertigten Gehäusen bekannt. Die bekannten Messwertaufnehmer weisen aber das Problem auf, dass sie unter dem im maritimen Bereich als Fouling bekannten Phänomen des Klein- und Kleinstlebewesenbewuchses leiden. Verschiedene Versuche mit unterschiedlichen eine Oberflächenanhaftung erschwerenden Werkstoffen, wie beispielsweise Polyvinyldenfluorid (PVDF), Politetrafluoridethylen (PTFE) oder einem Tetrafluorethylen-Perfluorpropylen-Copolymer (FEP) haben ergeben, dass selbst diese Materialien den Klein- und Kleinstlebewesenbewuchs der Messwertaufnehmer nicht verhindern können.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Messwertaufnehmer derart weiter zu bilden, dass die Nachteile aus dem Stand der Technik behoben werden und insbesondere eine Resistenz gegen den Bewuchs mit Klein- und Kleinstlebewesen, d. h. gegen das sogenannte Fouling, gegeben ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Messwertaufnehmer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Ein erfindungsgemäßer Messwertaufnehmer, welcher als Druckmesszelle ausgebildet ist, mit einer Messzelle und einem Gehäuse, in dem die Messzelle aufgenommen ist, wobei das Gehäuse eine Messöffnung und wenigstens in einem Befestigungsabschnitt eine elektrisch isolierende Oberfläche aufweist, weist erfindungsgemäß wenigstens in einem die Messöffnung umgebenden Bereich des Gehäuses eine biozid wirkende Oberfläche auf.
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Eine biozid wirkende Oberfläche hat eine sowohl herbizide als auch pestizide Wirkung und verhindert damit wirksam die Ansiedlung und Vermehrung von Klein- und Kleinstlebewesen, das heißt insbesondere von Muscheln, Schnecken, Algen und Moosen. Durch das Vorsehen der biozid wirkenden Oberfläche in einem die Messöffnung umgebenden Bereich wird außerdem erreicht, dass ein Bewuchs der Messzelle, die innerhalb dieser Messöffnung angeordnet ist, signifikant reduziert werden kann.
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Zu diesem Bereich werden insbesondere auch frontseitig angeordnete Dichtungen gezählt, die biozid wirkende Partikel enthalten können.
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Ausschlaggebend für die vorliegende Erfindung ist außerdem, dass das Gehäuse des Messwertaufnehmers wenigstens in dem Befestigungsabschnitt eine elektrisch isolierende Oberfläche aufweist und damit eine leitende Verbindung zwischen einer Befestigungsanordnung für den Messwertaufnehmer beziehungsweise einem Behältnis, in dem der Messwertaufnehmer angeordnet ist, und dem Messwertaufnehmer selbst verhindert wird. Dies ist ausschlaggebend, da in leitenden Medien ansonsten eine galvanische Zelle geschaffen würde, die zur Korrosion des unedleren Metalls führt. In den meisten Fällen ist dies die Befestigungsvorrichtung oder das Behältnis, in dem der Messwertaufnehmer angeordnet ist, sodass insbesondere bei Korrosion der Befestigungsvorrichtung ein Ausfall der Messanordnung zu besorgen wäre.
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Als elektrisch isolierend werden auch Werkstoffe angesehen, die einen elektrischen Widerstand einer Größenordnung aufweisen, dass eine Korrosion aufgrund galvanischer Effekte zwischen einer Halterung oder einem Behältnis und dem Messwertaufnehmer vermieden wird.
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Erfindungsgemäß ist das Gehäuse des Messwertaufnehmers vollständig aus dem isolierenden Material gefertigt und weist wenigstens in dem die Messöffnung umgebenden Bereich ein aus einem biozid wirkenden Werkstoff angebrachtes, als Ring ausgebildetes Opferelement auf, wobei das Opferelement als Kupferring ausgebildet ist.
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Alternativ kann das Gehäuse eine Gehäusebeschichtung mit einem biozid wirkenden Werkstoff aufweisen oder insgesamt aus einem isolierenden Werkstoff, insbesondere Kunststoff mit bioziden Eigenschaften gefertigt sein. Eine solche Beschichtung kann beispielsweise durch Bedampfen oder Besputtern mit einem biozid wirkenden Werkstoff, insbesondere einem Metall oder einer Metalllegierung erfolgen. Andere Möglichkeiten zum Aufbringen der Gehäusebeschichtung sind beispielsweise das Aufbringen eines eine biozid wirkenden Substanz enthaltenden Lackes sowie das Aufbringen einer geeigneten Haftschicht und das anschließende galvanische Beschichten derselben mit einem biozid wirkenden Metall.
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Ein Kunststoff mit bioziden Eigenschaften kann durch Einlagerung nanoskaliger Partikel beispielsweise eines biozid wirkenden Metalls erreicht werden.
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Die Gehäusebeschichtung weist bevorzugt eine Dicke von wenigstens 0,5 µm, bevorzugt 100 µm, auf.
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Durch eine ausreichende Dicke der Gehäusebeschichtung wird erreicht, dass die Gehäusebeschichtung beispielsweise bei einem Einsatz im Meerwasser eine Standzeit von wenigstens der Standzeit der Messzelle erreicht.
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Eine weitere Möglichkeit, durch die eine noch höhere Standzeit erreicht werden kann, besteht darin, das Gehäuse in dem die Messöffnung umgebenden Bereich aus einem biozid wirkenden Werkstoff und ansonsten aus isolierendem Material zu fertigen. Als biozid wirkende Werkstoffe kommen in diesem Bereich insbesondere biozid wirkende Metalle sowie deren Legierungen sowie Kunststoffe mit eingelagerten Bioziden, insbesondere nanoskaligen Metallpartikeln, in Frage.
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Um eine Besiedelung der Messzelle beziehungsweise einer nach außen weisenden Oberfläche der Messzelle noch wirkungsvoller zu verhindern, kann es sinnvoll sein, die Außenoberfläche der Messzelle mit einer Messzellenbeschichtung mit einem biozid wirkenden Werkstoff zu versehen. Bei beispielsweise Druckmesszellen kann es dabei sinnvoll sein, nach außen weisende Oberflächen von Messmembranen mit einem biozid wirkenden Werkstoff zu beschichten. Eine besonders einfache Variante zur Beschichtung einer solchen Messmembran wird beispielsweise durch ein Bedampfen der Membran mit einem biozid wirkenden Metall, insbesondere Kupfer, erreicht.
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Insbesondere zur Druckmessung kommen bevorzugt keramische Messzellen zum Einsatz, wobei eine keramische Membran besonders gut mit biozid wirkenden Metallen beschichtbar ist.
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Eine solche Messzellenbeschichtung beziehungsweise Membranbeschichtung weist bevorzugt eine Schichtdicke von wenigstens 0,5 µm auf. Die Schichtdicke der Membranbeschichtung ist dabei so zu wählen, dass anhängig von einem Messbereich der Messzelle keine oder annähernd keine Beeinflussung der Messwerte erfolgt. Die Schichtdicke und das Material der Membranbeschichtung ist derart auf den Messbereich der Messzelle abgestimmt, dass keine oder annähernd keine Beeinflussung der Messwerte erfolgt.
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Geeignete Kunststoffe, die bevorzugt als isolierendes Material zum Einsatz kommen sind die aus der Gruppe der Polymere, bevorzugt der Fluorpolymere ausgewählt. Diese Kunststoffe zeichnen sich durch eine hohe chemische Beständigkeit sowie sehr gute elektrische Isoliereigenschaften und dielektrischen Eigenschaften aus und haben darüber hinaus gute, eine Anhaftung reduzierende Oberflächeneigenschaften. Fluorpolymere sind insbesondere gegen eine Vielzahl von Säuren und Laugen sowie andere chemische Verbindungen resistent. Bevorzugt werden Politetrafluorethylen (PTFE), Tetrafluorethylen-Perfluorpropylen-Copolymere (FEP), Tetrafluorethylen-Perfluoralkoxy-Copolymere (PFA), Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymere (ETFE), Polyvinyldenfluorid (PVDF) oder Perfluorethylenpropylen zum Einsatz.
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Als biozid wirkende Werkstoffe kommen bevorzugt Kupfer, Silber, Zink, diese Metalle enthaltenden Legierungen oder diese Metalle als Nanopartikel enthaltende Kunststoffe zum Einsatz. Insbesondere durch die Einbettung von Nanopartikeln in einen Kunststoff kann eine regulierte Abgabe des Biozids erreicht werden. Durch einen Einsatz von biozid wirkenden Metallen oder deren Legierungen als Beschichtung oder als im Bereich der Messöffnung angebrachtes Opferelement können deutliche Kostenvorteile erzielt werden. Beispielsweise kann ein an der Messöffnung angeordneter Kupferring vorgesehen sein, der bei Erreichen einer maximalen Standzeit einfach ausgetauscht werden kann.
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Die eingesetzten Messwertaufnehmer weisen üblicherweise ein Gehäuse auf, das als Zylinderrohr ausgebildet ist, wobei an dem Gehäuse einenends die Messöffnung und anderenends ein Anschlusskabel vorgesehen ist. Messwertaufnehmer mit einem entsprechenden Gehäuse sind besonders günstig in Steigrohren von Tanks anordenbar und weisen neben einer kompakten Bauform sehr gute Möglichkeiten zur Abdichtung beispielsweise mittels O-Ringen auf.
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Bei einer Beschichtung des Gehäuses ist es vorteilhaft, wenn der biozide Werkstoff auf einem zylindrischen Gehäuse ausgehend von der Messöffnung stirnseitig und auf einem an die Stirnseite anschließenden Mantelabschnitt von wenigstens 20 - 40 mm vorgesehen ist. Dadurch, dass der biozide Werkstoff sowohl auf der Stirnseite als auch auf einem sich an die Stirnseite anschließenden Mantelabschnitt des zylindrischen Gehäuses vorgesehen ist, wird erreicht, dass ein Bewuchs ausschließlich auf einem Mantelabschnitt, der ausreichend weit von der Messöffnung entfernt ist, stattfinden kann, sodass eine Verfälschung von Messwerten durch den Bewuchs beziehungsweise eine Störung des Messvorgangs, beispielsweise durch abfallenden Bewuchs vermieden werden kann.
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Insgesamt kommt die Erfindung bevorzugt bei Messwertaufnehmern zum Einsatz, bei denen der Messwertaufnehmer als Druckmesszelle ausgebildet ist. Die Wirkung der Erfindung kommt besonders dann günstig zum Einsatz, wenn der Messwertaufnehmer in einer Umgebung zum Einsatz kommt, in der mit Pflanzen und Klein- und Kleinstlebewesenwachstum zu rechnen ist. Bevorzugte Anwendungsgebiete sind beispielsweise die Füllstandsmessung in See- oder Brackwasser sowie in Ballasttanks von Seeschiffen.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eingehend erläutert.
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Es zeigen:
- 1 Eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Messwertaufnehmers und
- 2 einen teilweisen Längsschnitt des Messwertaufnehmers aus 1.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Messwertaufnehmers 1 entsprechend der vorliegenden Erfindung. Eine Messzelle 5 ist in einem zylindrisch ausgeformten Gehäuse 3 mit einer vorderseitig angeordneten Messöffnung 41 angeordnet. Das Gehäuse 3 besteht im Wesentlichen aus einem Zylinderrohr 31, einem Rückseitenverschluss 33 sowie einer Kabeldurchführung 35, die aus einem geeigneten isolierten Material, vorzugsweise einem Polymer, insbesondere einem Fluorpolymer ausgeformt sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind das Zylinderrohr 31, der Rückseiteverschluss 33 sowie die Kabeldurchführung 35 aus Polivinyldenfluorid (PVDF) ausgeformt. Durch die Kabeldurchführung 35 ist rückseitig ein Anschlusskabel 37 geführt, das gleichzeitig als Aufhängung des Messwertaufnehmers 1 dienen kann. Im Bereich des Zylinderrohrs 31 findet dann eine Befestigung des Messwertaufnehmers, beispielsweise über einen Befestigungsarm und eine Spannschelle an einem Behältnis, in dem der Messwertaufnehmer 1 angeordnet ist, statt.
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Das Gehäuse 3 ist vorderseitig durch einen zylindrisch ausgeformten Gehäusedeckel 39, der stirnseitig die Messöffnung 41 aufweist, verschlossen. Im Bereich der Messöffnung 41 ist die Messzelle 5 derart angeordnet, dass eine Messmembran 7 unmittelbar hinter der Messöffnung 41 angeordnet ist. Der Gehäusedeckel 39 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vollständig aus Kupfer gefertigt und mit dem Zylinderrohr 31 verschraubt. Zur Gewährleistung einer Dichtigkeit sind sowohl zwischen dem Zylinderrohr 31 und dem Gehäusedeckel 39 als auch zwischen der Messzelle 5 und dem Gehäusedeckel 39 mehrere umlaufende Dichtorgane 47, 49, bevorzugt O-Ringe, angeordnet. Durch eine Ausbildung des Gehäusedeckels 39 aus Kupfer wird erreicht, dass im Berreich des Gehäusedeckels kein Bewuchs mit Klein- und Kleinstlebewesen stattfindet. Es wird also das sogenannte Fouling durch einen aus Kupfer ausgebildeten Gehäusedeckel 39 in diesem Bereich vermieden.
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Um auch einen Bewuchs der stirnseitigen durch die Messöffnung 41 zugänglichen Messmembran 7 zu verhindern, ist die Messmembran 7 ihrerseits mit einer Kupferschicht versehen.
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2 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch den Messwertaufnehmer 1 aus 1.
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In 2 ist besonders deutlich zu erkennen, wie die Messzelle 5 innerhalb des Gehäusedeckels 39 über die umlaufenden Dichtorgane 47, 49 abdichtend angeordnet ist. Die Messzelle 5 ist durch eine rückseitig der Messzelle angeordnete Spannvorrichtung in dem Deckel 39 gehaltert.
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Durch eine Ausbildung des Gehäusedeckels 39 beispielsweise aus Kupfer sowie durch eine Beschichtung der Messmembran 7 mit einer Kupferschicht wird wirkungsvoll ein Bewuchs mit Klein- und Kleinstlebewesen des Gehäusedeckels 39 sowie der Messmembran 7 verhindert und damit gewährleistet, dass der Messwertaufnehmer 1 auch bei einem längeren Einsatz in beispielsweise Meerwasser zuverlässig arbeitet.
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Wie bereits erwähnt, kann der Gehäusedeckel 39 insbesondere aus Kupfer, Silber, Zink, einer diese Metalle enthaltenden Legierung oder einem diese Metalle als Nanopartikel enthaltenden Kunststoff gebildet sein. Ausschlaggebend für die Wirkung der vorliegenden Erfindung ist, dass im Bereich des Gehäusedeckels sowie der Messmembran ein biozider Wirkstoff das Fouling verhindert und der Messwertaufnehmer 1 zur Vermeidung der Bildung einer galvanischen Zelle insbesondere in einem Befestigungsbereich in einem isolierenden Gehäuse untergebracht ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messwertaufnehmer
- 3
- Gehäuse
- 5
- Messzelle
- 7
- Messmembran
- 31
- Zylinderrohr
- 33
- Rückseitenverschluss
- 35
- Kabeldurchführung
- 37
- Anschlusskabel
- 39
- Gehäusedeckel
- 41
- Messöffnung
- 43
- Stirnseite
- 45
- Mantelabschnitt
- 47
- Dichtorgan
- 49
- Dichtorgan
